4.7.4. Питомі показники двигуна

До цих показників відносять літрову N_л і поршневу уу_п потужності та літрову g_л і питому g_N маси двигуна.

Літрова потужність - це ефективна потужність, що припадає на один літр робочого об'єму циліндра, кВт/л:

Залежність для неї з урахуванням рівнянь (4.78), (4.88), (4.90) може бути наведена у вигляді

Для встановлення резервів підвищення N_л оцінимо можливості збільшення кожної складової, що входять у залежність (4.100).

Оцінка резервів збільшення η_v, η_i/a , η_м для сучасних автомобіль­них двигунів зроблена раніше. Можливості тут обмежені. Можливість форсування як двигунів з іскровим запалюванням, так і дизелів за час­тотою обертання колінчастого вала наявні, але обмеження на його реа­лізацію накладає міцність матеріалів, із яких виготовлені деталі двигуна, і, насамперед, кривошипно-шатунного механізму.

Тому збільшення густини повітря р_пов застосуванням наддуву і проміжного охолодження повітря - важливий резерв на шляху форсу­вання двигуна щодо N_л. Завдяки реалізації цієї можливості у сучасних автомобільних дизелів здобутий відносно високий приріст N_л, що вже дозволяє їм конкурувати за цим показником із двигунами із запалюван­ням від іскри.

У автомобільних двигунів N_л, кВт/л, становлять двигуни з іскровим

запалюванням - 20...55; дизелі - 10...25 [2; 4].

Поршнева потужність - це ефективна потужність, що припадає на 1 м² поверхні днища поршня, кВт/м²:

де F_n - площа днища поршня, м²; S - хід поршня, м; і - кількість цилі­ндрів.

Підставивши у (4.101) вираз для середньої швидкості поршня, має­мо

Із цього рівняння видно, що N_п залежить від середнього ефектив­ного тиску і швидкохідності двигуна.

У сучасних автомобільних двигунів N_п складає: двигуни з іскровим запалюванням - 0,25...0,45; дизелі - 0,20...0,35 кВт/м².

Літрова маса - це маса незаправленого (сухого) двигуна (5двз> віднесена до одиниці робочого об'єму циліндра, кг/л:

Цей питомий показник характеризує досконалість конструкції, раці­ональність вибору матеріалу і технології виготовлення двигуна і безпо­середньо пов'язаний із його собівартістю. Літрова маса дизелів більша, ніж літрова маса двигунів з іскровим запалюванням однакового з ними літражу. Для сучасних автомобільних двигунів g_л, кг/л, становить: дви­гуни з іскровим запалюванням - 75...150; дизелі - 100...200кг/л.

Питома маса - це маса незаправленого двигуна, що припадає на одиницю його номінальної потужності, кг/кВт:

Для сучасних автомобільних двигунів g_N становить: двигуни з іс­кровим запалюванням - 1...6; дизелі -4...10 кг/кВт.

4.7.5. Тепловий розрахунок та визначення основних розмірів автомобільного двигуна

Проектування ДВЗ починається з виконання теплового розрахунку, метою якого є (див. підрозд. 9.2): знаходження значень тиску р і тем­ператури Т газів у характерних точках циклу; побудова індикаторної діаграми циклу; визначення індикаторних показників робочого циклу й ефективних показників двигуна; розрахунок основних параметрів двигу­на: діаметра циліндра D і ходу поршня S.

Розрахунок за методом проф. В.І. Гриневецького починається з ви­бору вихідних даних, які беруться на основі нагромадженого досвіду проектування ДВЗ, урахування умов його експлуатації та особливостей конструкції. До них належать: тип і тактність двигуна τ; вид палива - бензин, дизельне, газове; частота обертання колінчастого вала n; фази газорозподілу; температура Т₀ і тиск р₀ навколишнього середовища; ступінь стиску ε; коефіцієнт надміру повітря а ; підігрів свіжого заря­ду ʌT; температура Т_r і тиск р_r наприкінці випуску; показники політроп стиску n₁ і розширення п₂ ; коефіцієнт використання теплоти ξ_z ; коефі­цієнти згасання швидкості і гідравлічного опору впускної системи β і ξ_вп; середня швидкість заряду в прохідному перерізі клапана W_кл; сту­пінь підвищення тиску при згорянні λ (тільки для дизелів); відношення ходу поршня до діаметра циліндра 5/0 ; коефіцієнт округлення індикаторної діаграми φ.

Решта параметрів розраховується за наведеними у четвертому розділі рівняннями.

За здобутими значеннями тиску газів у характерних точках циклу будуються індикаторна діаграма, потім розраховуються індикаторні й ефективні показники двигуна. За обчисленим значенням середнього ефективного тиску р_е розраховуються основні конструктивні параметри ДВЗ: діаметр циліндра D і хід поршня S. Для розрахунку потрібно знати номінальну потужність N_e, яку повинен розвивати двигун, і номінальну частоту обертання п, кількість циліндрів i, тактність τ. Потужність N_е зазначається в технічному завданні на проектування ДВЗ, а параметри п, і, τ або задаються, або вибираються конструктором. Потім визнача­ється робочий об'єм циліндра. Із рівняння ефективної потужності, кВт:

одержуємо робочий об'єм циліндра, м³:

де р_е - отримане в результаті теплового розрахунку.

Діаметр циліндра визначається з рівняння робочого об'єму цилінд­ра:

Звідси діаметр циліндра, м:

Відношення ходу поршня до діаметра циліндра S/D приймає конс­труктор. Воно істотно впливає на габаритні розміри і масу ДВЗ, а також на його робочі процеси.

Із зменшенням відношення S/D: знижуються висота і маса двигуна; знижується середня швидкість поршня, що сприяє зменшенню механіч­них втрат та інерційних сил, а отже, підвищенню механічного ККД й спо­вільненню зношення деталей ДВЗ; поліпшується наповнення циліндрів, підвищується індикаторний ККД.

Але при малих значеннях S/D збільшується діаметр циліндра, що підвищує схильність бензинових ДВЗ до детонації. Значення для сучасних автомобільних ДВЗ наведені в табл. 4.8.

Таблиця 4.8